ચુંબકીય ગાળણ ટેકનોલોજી

ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત
પ્લાઝ્મા બીમમાં મોટા કણો માટે ચુંબકીય ફિલ્ટરિંગ ઉપકરણની ફિલ્ટરિંગ પદ્ધતિ નીચે મુજબ છે:
પ્લાઝ્મા અને ચાર્જમાં રહેલા મોટા કણો અને ચાર્જ-ટુ-માસ રેશિયો વચ્ચેના તફાવતનો ઉપયોગ કરીને, સબસ્ટ્રેટ અને કેથોડ સપાટી વચ્ચે એક "અવરોધ" (ક્યાં તો બેફલ અથવા વક્ર ટ્યુબ દિવાલ) મૂકવામાં આવે છે, જે કેથોડ અને સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે સીધી રેખામાં ફરતા કોઈપણ કણોને અવરોધે છે, જ્યારે આયનો ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા વિચલિત થઈ શકે છે અને "અવરોધ"માંથી સબસ્ટ્રેટમાં પસાર થઈ શકે છે.

ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણના કાર્ય સિદ્ધાંત

ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં, Pe<

Pe અને Pi એ અનુક્રમે ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોના લાર્મોર ત્રિજ્યા છે, અને a એ ચુંબકીય ફિલ્ટરનો આંતરિક વ્યાસ છે. પ્લાઝ્મામાં ઇલેક્ટ્રોન લોરેન્ટ્ઝ બળથી પ્રભાવિત થાય છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે અક્ષીય રીતે ફરે છે, જ્યારે લાર્મોર ત્રિજ્યામાં આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેના તફાવતને કારણે ચુંબકીય ક્ષેત્ર આયનોના ક્લસ્ટરિંગ પર ઓછી અસર કરે છે. જો કે, જ્યારે ચુંબકીય ફિલ્ટર ઉપકરણની ધરી સાથે ઇલેક્ટ્રોન ગતિ કરે છે, ત્યારે તે તેના ધ્યાન અને મજબૂત નકારાત્મક વિદ્યુત ક્ષેત્રને કારણે પરિભ્રમણ ગતિ માટે અક્ષીય સાથે આયનોને આકર્ષિત કરશે, અને ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ આયન કરતા વધારે છે, તેથી ઇલેક્ટ્રોન સતત આયનને આગળ ખેંચે છે, જ્યારે પ્લાઝ્મા હંમેશા અર્ધ-વિદ્યુત રીતે તટસ્થ રહે છે. મોટા કણો વિદ્યુત રીતે તટસ્થ અથવા સહેજ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હોય છે, અને ગુણવત્તા આયનો અને ઇલેક્ટ્રોન કરતા ઘણી મોટી હોય છે, મૂળભૂત રીતે ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને જડતા સાથે રેખીય ગતિથી પ્રભાવિત થતી નથી, અને ઉપકરણની આંતરિક દિવાલ સાથે અથડાયા પછી ફિલ્ટર કરવામાં આવશે.
વળાંકવાળા ચુંબકીય ક્ષેત્રના વક્રતા અને ગ્રેડિયન્ટ ડ્રિફ્ટ અને આયન-ઇલેક્ટ્રોન અથડામણના સંયુક્ત કાર્ય હેઠળ, પ્લાઝ્માને ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણમાં વિચલિત કરી શકાય છે. આજે ઉપયોગમાં લેવાતા સામાન્ય સૈદ્ધાંતિક મોડેલો મોરોઝોવ ફ્લક્સ મોડેલ અને ડેવિડસન રિજિડ રોટર મોડેલ છે, જેમાં નીચેની સામાન્ય વિશેષતા છે: એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે જે ઇલેક્ટ્રોનને સખત રીતે હેલિકલ રીતે ખસેડે છે.
ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણમાં પ્લાઝ્માની અક્ષીય ગતિને માર્ગદર્શન આપતા ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ એવી હોવી જોઈએ કે:

Mi, Vo, અને Z એ અનુક્રમે આયન દળ, પરિવહન વેગ અને વહન કરાયેલા ચાર્જની સંખ્યા છે. a એ ચુંબકીય ફિલ્ટરનો આંતરિક વ્યાસ છે, અને e એ ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ છે.
એ નોંધવું જોઈએ કે કેટલાક ઉચ્ચ ઉર્જા આયનો ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા સંપૂર્ણપણે બંધાયેલા નથી. તેઓ ચુંબકીય ફિલ્ટરની આંતરિક દિવાલ સુધી પહોંચી શકે છે, જે આંતરિક દિવાલને હકારાત્મક સંભવિત બનાવે છે, જે બદલામાં આયનોને આંતરિક દિવાલ સુધી પહોંચતા અટકાવે છે અને પ્લાઝ્માના નુકસાનને ઘટાડે છે.
આ ઘટના અનુસાર, લક્ષ્ય આયન પરિવહન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે આયનોના અથડામણને અટકાવવા માટે ચુંબકીય ફિલ્ટર ઉપકરણની દિવાલ પર યોગ્ય હકારાત્મક પૂર્વગ્રહ દબાણ લાગુ કરી શકાય છે.

ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણનું વર્ગીકરણ
(૧) રેખીય રચના. ચુંબકીય ક્ષેત્ર આયન બીમ પ્રવાહ માટે માર્ગદર્શક તરીકે કાર્ય કરે છે, કેથોડ સ્પોટનું કદ અને મેક્રોસ્કોપિક કણ ક્લસ્ટરોનું પ્રમાણ ઘટાડે છે, જ્યારે પ્લાઝ્માની અંદર અથડામણને તીવ્ર બનાવે છે, તટસ્થ કણોને આયનોમાં રૂપાંતરિત કરે છે અને મેક્રોસ્કોપિક કણ ક્લસ્ટરોની સંખ્યા ઘટાડે છે, અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ વધતાં મોટા કણોની સંખ્યા ઝડપથી ઘટાડે છે. પરંપરાગત મલ્ટી-આર્ક આયન કોટિંગ પદ્ધતિની તુલનામાં, આ સંરચિત ઉપકરણ અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર ઘટાડાને દૂર કરે છે અને મોટા કણોની સંખ્યામાં લગભગ 60% ઘટાડો કરતી વખતે આવશ્યકપણે સતત ફિલ્મ ડિપોઝિશન દર સુનિશ્ચિત કરી શકે છે.
(2) વળાંક-પ્રકારનું માળખું. જોકે આ માળખાના વિવિધ સ્વરૂપો છે, પરંતુ મૂળભૂત સિદ્ધાંત એક જ છે. પ્લાઝ્મા ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને વિદ્યુત ક્ષેત્રના સંયુક્ત કાર્ય હેઠળ ફરે છે, અને ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ ચુંબકીય બળ રેખાઓની દિશામાં ગતિને વિચલિત કર્યા વિના પ્લાઝ્માને મર્યાદિત કરવા અને નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે. અને ચાર્જ ન થયેલા કણો રેખીય સાથે આગળ વધશે અને અલગ થશે. આ માળખાકીય ઉપકરણ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવેલી ફિલ્મોમાં ઉચ્ચ કઠિનતા, ઓછી સપાટીની ખરબચડી, સારી ઘનતા, સમાન અનાજનું કદ અને મજબૂત ફિલ્મ બેઝ સંલગ્નતા હોય છે. XPS વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે આ પ્રકારના ઉપકરણ સાથે કોટેડ ta-C ફિલ્મોની સપાટીની કઠિનતા 56 GPa સુધી પહોંચી શકે છે, આમ વક્ર માળખું ઉપકરણ મોટા કણો દૂર કરવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી અને અસરકારક પદ્ધતિ છે, પરંતુ લક્ષ્ય આયન પરિવહન કાર્યક્ષમતામાં વધુ સુધારો કરવાની જરૂર છે. 90° વળાંક ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા વક્ર માળખું ઉપકરણોમાંનું એક છે. Ta-C ફિલ્મોની સપાટી પ્રોફાઇલ પરના પ્રયોગો દર્શાવે છે કે 360° બેન્ડ મેગ્નેટિક ફિલ્ટરેશન ડિવાઇસની સપાટી પ્રોફાઇલ 90° બેન્ડ મેગ્નેટિક ફિલ્ટરેશન ડિવાઇસની તુલનામાં બહુ બદલાતી નથી, તેથી મોટા કણો માટે 90° બેન્ડ મેગ્નેટિક ફિલ્ટરેશનની અસર મૂળભૂત રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. 90° બેન્ડ મેગ્નેટિક ફિલ્ટરેશન ડિવાઇસમાં મુખ્યત્વે બે પ્રકારના માળખાં હોય છે: એક વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવેલો બેન્ડ સોલેનોઇડ છે, અને બીજો વેક્યૂમ ચેમ્બરની બહાર મૂકવામાં આવે છે, અને તેમની વચ્ચેનો તફાવત ફક્ત માળખામાં છે. 90° બેન્ડ મેગ્નેટિક ફિલ્ટરેશન ડિવાઇસનું કાર્યકારી દબાણ 10-2Pa ના ક્રમમાં છે, અને તેનો ઉપયોગ નાઇટ્રાઇડ, ઓક્સાઇડ, આકારહીન કાર્બન, સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્મ અને મેટલ અથવા નોન-મેટલ ફિલ્મ કોટિંગ જેવા વિશાળ શ્રેણીના કાર્યક્રમોમાં થઈ શકે છે.

ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણની કાર્યક્ષમતા
દિવાલ સાથે સતત અથડામણમાં બધા મોટા કણો ગતિ ઊર્જા ગુમાવી શકતા નથી, તેથી ચોક્કસ સંખ્યામાં મોટા કણો પાઇપ આઉટલેટ દ્વારા સબસ્ટ્રેટ સુધી પહોંચશે. તેથી, લાંબા અને સાંકડા ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણમાં મોટા કણોની ગાળણ કાર્યક્ષમતા વધુ હોય છે, પરંતુ આ સમયે તે લક્ષ્ય આયનોના નુકસાનમાં વધારો કરશે અને તે જ સમયે રચનાની જટિલતામાં વધારો કરશે. તેથી, ઉચ્ચ પ્રદર્શન પાતળી ફિલ્મો જમા કરવામાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવના માટે મલ્ટી-આર્ક આયન કોટિંગ ટેકનોલોજી માટે ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણમાં ઉત્તમ મોટા કણો દૂર કરવા અને આયન પરિવહનની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાની ખાતરી કરવી એ જરૂરી પૂર્વશરત છે. ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણનું સંચાલન ચુંબકીય ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ, બેન્ડ બાયસ, યાંત્રિક બેફલ છિદ્ર, ચાપ સ્ત્રોત પ્રવાહ અને ચાર્જ્ડ કણ ઘટના કોણથી પ્રભાવિત થાય છે. ચુંબકીય ગાળણ ઉપકરણના વાજબી પરિમાણો સેટ કરીને, મોટા કણોની ફિલ્ટરિંગ અસર અને લક્ષ્યની આયન ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતાને અસરકારક રીતે સુધારી શકાય છે.